甘菊種子萌發(fā)特性及自然條件下生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律1)

丁 焱 付建新 戴思蘭

(國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心(北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院)，北京，100083)

高等植物的生長(zhǎng)發(fā)育涉及種子萌發(fā)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、開(kāi)花、受精、胚胎發(fā)育、子代種子形成等一系列發(fā)育階段［1］。種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的起始，在整個(gè)生命活動(dòng)周期中非常關(guān)鍵。影響種子萌發(fā)的環(huán)境因子較多，其中溫度［2－3］、光照和土壤濕度是影響種子萌發(fā)最重要的3個(gè)環(huán)境因子。植物種子由于自身存在的原初休眠和二次休眠以及為了躲避不利的生存環(huán)境，往往存在強(qiáng)迫休眠現(xiàn)象［4］。如果栽培和育種工作者不了解種子的休眠特性，找不到合適的方法打破種子休眠，就會(huì)給農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的困難［5］。生長(zhǎng)是指植物體積和質(zhì)量不可逆的增加，常指營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng);發(fā)育則強(qiáng)調(diào)植物的質(zhì)變，常指生殖生長(zhǎng)。環(huán)境因子，如溫度、光照、水分、養(yǎng)分、土壤及根際環(huán)境和空氣成分，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育均有不同程度的影響［6］。只有掌握?qǐng)@林植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程才能正確地使用園林植物，發(fā)揮它們?cè)趫@林中的作用。

甘菊［Chrysanthemum lavandulifolium(Fisch.ex Trautv.)Makino］又名巖香菊，為多年生草本植物，高0.3～1.5m，有地下匍匐莖。秋季黃花繁密，耐粗放管理，已漸漸被引入到園林綠化中［7］。甘菊是菊花起源的重要親本之一，其為二倍體，遺傳背景比較簡(jiǎn)單，開(kāi)花期與菊花一致，為典型的短日照成花植物，是菊屬植物分子生物學(xué)研究的理想模式植物［8－12］。目前已有很多關(guān)于菊科植物栽培和遺傳轉(zhuǎn)化方面的研究報(bào)道［13－18］，但對(duì)甘菊生物學(xué)特性的研究還較少。對(duì)甘菊種子的萌發(fā)特性和自然條件下生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行研究，可以為將甘菊開(kāi)發(fā)成菊科植物研究的模式材料奠定良好基礎(chǔ)，并為甘菊再生及轉(zhuǎn)化體系、分子育種等方面的研究工作提供材料及依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在北京林業(yè)大學(xué)苗圃，位于北緯39°54'，東經(jīng)116°24'，海拔50 m。屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季炎熱。年平均氣溫11.8℃，最熱月為7月，月平均氣溫26.1℃;最冷月為1月，月平均氣溫為－4.7℃。年無(wú)霜凍期190～200 d。年平均降水量639.8 mm，且多集中在夏季。

2 材料與方法

試驗(yàn)材料:甘菊種子于2006年11月25日及2007年11月23日采自北京師范大學(xué)、北京大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)及北海公園等地。

甘菊種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)及發(fā)芽率的測(cè)定:甘菊種子采收后，于28℃恒溫烘箱中烘干，去除雜質(zhì)后常溫避光保存在牛皮紙袋中，空氣相對(duì)濕度為20% ～30%。次年春季分別在培養(yǎng)皿、MS培養(yǎng)基中和盆栽園土中播種，觀察其發(fā)芽率。篩選出甘菊種子萌發(fā)最佳培養(yǎng)基質(zhì)后，分別將甘菊種子于當(dāng)年秋季、次年春季、次年秋季和第三年春季4個(gè)時(shí)間段在甘菊種子萌發(fā)最佳培養(yǎng)基質(zhì)中播種，觀察采收后時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)甘菊種子萌發(fā)率的影響。種子萌發(fā)的環(huán)境條件設(shè)置為溫度24℃，光照強(qiáng)度2400～2600 lx，光周期16 h/8 h。胚根長(zhǎng)度達(dá)到0.5 cm作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，20 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。每處理均設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30粒種子。

甘菊周年生長(zhǎng)狀況調(diào)查:在北京林業(yè)大學(xué)苗圃地里正常生長(zhǎng)的人工播種苗中隨機(jī)選取1年生幼苗10株，于2007年5月至10月定期測(cè)量甘菊植株高度、莖干粗度、冠幅變化、葉片數(shù)量和分枝數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

甘菊年生長(zhǎng)溫度及光周期觀測(cè):采用溫度計(jì)測(cè)量甘菊年生長(zhǎng)期間溫度并記錄分析。根據(jù)國(guó)旗升降時(shí)間記錄自然日照長(zhǎng)度，觀察并記錄試驗(yàn)地甘菊營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期和開(kāi)花期，分析甘菊不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期對(duì)應(yīng)的日照長(zhǎng)度和溫度。

3 結(jié)果與分析

3.1 甘菊種子萌發(fā)率

甘菊種子為瘦果，長(zhǎng)1.2～1.5 mm，長(zhǎng)橢圓形，有肋，每粒質(zhì)量約0.139 mg。不同培養(yǎng)基質(zhì)對(duì)甘菊種子萌發(fā)率有顯著性影響，其中甘菊種子在MS培養(yǎng)基中萌發(fā)率最高，達(dá)到93%，而在園土中撒播的種子萌發(fā)率僅有80%(表1)。采收后立即播種和春季播種兩種處理?xiàng)l件對(duì)甘菊種子萌發(fā)率沒(méi)有顯著性影響，種子萌發(fā)率均保持在90%左右，而第二年秋季播種，萌發(fā)率迅速下降，種子存放2 a后，萌發(fā)率下降到30%以下(表2)。

表1 不同栽培基質(zhì)對(duì)甘菊種子萌發(fā)率的影響

表2 不同儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)甘菊種子萌發(fā)率的影響

3.2 自然條件下甘菊年生長(zhǎng)狀況

通過(guò)田間觀測(cè)可以看到，5—8月份是甘菊植株快速高生長(zhǎng)時(shí)期，株高變化很快，而9月份高生長(zhǎng)增長(zhǎng)開(kāi)始變慢，至10月份株高增長(zhǎng)更加不明顯(表3);此期間，甘菊莖粗增長(zhǎng)最為明顯，從1 mm迅速變?yōu)?.75 mm，9月份甘菊莖粗達(dá)到生長(zhǎng)最大值(2.92 mm)，9月中旬—10月甘菊莖粗增長(zhǎng)緩慢，1個(gè)月時(shí)間僅增加0.06 mm(表3);5—8月份甘菊植株葉片數(shù)量迅速增加，9月份葉片數(shù)量變化不明顯，從10月開(kāi)始，甘菊葉片數(shù)開(kāi)始下降，這主要是由于甘菊進(jìn)入衰老階段，老葉逐漸脫落的緣故(表3)。5—6月份甘菊冠幅變化最大，9月份以后則變化不明顯，10月份以后平均冠幅也有輕微下降趨勢(shì)(表3)。5月中旬到6月份甘菊分枝數(shù)很少，6月中旬至8月中旬甘菊分枝數(shù)迅速增加，9月份甘菊分枝數(shù)增長(zhǎng)緩慢，10月中旬甘菊分枝數(shù)與9月份基本一致，不再變化(表3)。

表3 自然條件下甘菊年生長(zhǎng)狀況

3.3 自然溫度及光照條件下甘菊年生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律

自然條件下，甘菊種子于3月中下旬開(kāi)始萌動(dòng)，種子萌動(dòng)后甘菊葉片迅速生長(zhǎng)，5月初甘菊進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段。經(jīng)過(guò)4個(gè)月左右的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，9月中旬開(kāi)始現(xiàn)蕾，9月下旬至10月底為甘菊盛花期并產(chǎn)生萌蘗。甘菊植株中部以上多花枝或傘房狀花序分枝，頭狀花序在莖頂端形成復(fù)傘房花序，舌狀花黃色，靠上部花序先行開(kāi)放，然后逐次向下和兩旁開(kāi)放。單花花期一般5 d，群體花期達(dá)30 d以上。l1月初至12月初結(jié)實(shí)，同時(shí)地上部分枯黃倒伏，直至完全枯萎，甘菊從此進(jìn)入休眠期(表4)。

4 結(jié)論與討論

不同栽培基質(zhì)對(duì)甘菊種子萌發(fā)率影響不大，其中以MS培養(yǎng)基中播種的甘菊種子萌發(fā)率最高，但其操作較為繁瑣，如需大量種植，可以選取培養(yǎng)皿培養(yǎng)萌發(fā)后，將幼苗用鑷子夾入基質(zhì)中或在園土中直接撒播進(jìn)行種植。甘菊種子沒(méi)有休眠期，選擇采收后立即播種或第2年早春播種，發(fā)芽率均較高，但儲(chǔ)存2 a及以上的種子，生活力明顯下降，萌發(fā)率很低。對(duì)甘菊種子的儲(chǔ)存技術(shù)還需要探討，目前的研究只能采用每年收集的新鮮種子，或以盆栽植株保存材料。

表4 甘菊年生長(zhǎng)狀態(tài)調(diào)查結(jié)果

甘菊在自然條件下，5月份到8月中旬葉片快速生長(zhǎng)，到10月份，葉片數(shù)量微微下降，這是由于甘菊到了生殖期，不再進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，葉片不再增加，而下端葉片干枯甚至部分脫落造成的。5月份至6月份甘菊冠幅變化最大，這可能是由于此時(shí)甘菊植株已經(jīng)脫離幼態(tài)，開(kāi)始迅速生長(zhǎng)，葉片明顯變大，致使冠幅變化明顯;而9月份以后甘菊冠幅變化不明顯，這是由于甘菊植株不再進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而部分葉片開(kāi)始萎蔫干枯的緣故。甘菊分枝數(shù)的變化曲線呈現(xiàn)出慢－快－慢的變化趨勢(shì)，5月份至6月中旬變化不明顯，6月中旬以后分枝數(shù)迅速增加，直到9月，之后分枝增加速率迅速下降，10月份由于甘菊已經(jīng)進(jìn)入盛花期，分枝數(shù)保持不變。苗期甘菊植株在6月份以后開(kāi)始迅速進(jìn)行高生長(zhǎng)，一直持續(xù)到8月后，因?yàn)檗D(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)，所以生長(zhǎng)量變慢。植株所呈現(xiàn)的生長(zhǎng)規(guī)律與生長(zhǎng)環(huán)境密切相關(guān)。北京地區(qū)地處中緯地帶，氣候是明顯的暖溫帶、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。冬、夏時(shí)間長(zhǎng)，而春、秋時(shí)間短。春季天氣較冷，多風(fēng)，雨水少，天氣干旱，不利于幼苗發(fā)育，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)緩慢，而夏季合適的溫度和充沛的降雨利于植株幼苗旺盛生長(zhǎng)。秋季植株基本停止?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)，開(kāi)花結(jié)實(shí)后開(kāi)始發(fā)腳芽，母株不再生長(zhǎng)，直至發(fā)黃干枯。

高等植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程主要包括營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)兩個(gè)階段。自然條件下，5—8月份是甘菊營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的快速生長(zhǎng)期，在此期間日照時(shí)間為13 h以上，平均溫度為23.85℃;9—10月份甘菊進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，當(dāng)日照長(zhǎng)度縮短至13 h時(shí)甘菊開(kāi)始現(xiàn)蕾，當(dāng)日照長(zhǎng)度縮短至12 h左右時(shí)甘菊開(kāi)始開(kāi)花，生殖生長(zhǎng)期間平均溫度為16.55℃。因此，在人工環(huán)境中可以通過(guò)溫度和光照時(shí)間調(diào)控甘菊生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。通過(guò)本研究可以推測(cè)甘菊營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)適宜的光周期條件為14 h光照/10 h黑暗，生殖生長(zhǎng)適宜的光周期條件為12 h光照/12 h黑暗，此結(jié)果還需更多試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

模式植物是指生物的一個(gè)物種，它在人們研究生命現(xiàn)象的過(guò)程中長(zhǎng)期反復(fù)地被作為研究材料，并且從這個(gè)物種的研究中得出的許多生命活動(dòng)規(guī)律代表許多物種的共同規(guī)律［19］。通常模式植物需具備以下條件:易于培養(yǎng)，成本低廉，繁殖周期短，短時(shí)間可以產(chǎn)生大量后代，方便取得種內(nèi)遺傳變異體等。目前常用的模式植物主要有擬南芥、水稻、玉米、葡萄等。甘菊是菊科菊屬甘菊系多年生二倍體草本植物，是菊花起源的重要親本之一，遺傳背景簡(jiǎn)單［20］。甘菊是北方常見(jiàn)的野花，抗旱抗寒能力強(qiáng)，可以自播繁衍，材料易于獲得［21］。對(duì)其基本生物學(xué)特性進(jìn)行研究可以為菊科植物的研究提供一定的指導(dǎo)作用，因此，甘菊有望成為菊科植物遺傳育種研究的模式植物。

通過(guò)對(duì)甘菊種子萌發(fā)特性和自然條件下生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行研究，獲得了甘菊自然生長(zhǎng)條件下年生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，為今后對(duì)甘菊開(kāi)展開(kāi)花期、抗逆性等相關(guān)基因的表達(dá)及功能驗(yàn)證的研究，為甘菊成為菊科植物的模式植物奠定了良好的基礎(chǔ)。

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